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文檔簡介
1、圖形推理之立方體拆疊一、基礎(chǔ)知識(1)正方體性質(zhì)正方體共有8個頂點,12條邊,6個面。每個面有且有一個相對面,有4個相鄰面。每3個相鄰面有一個公共頂點,每2個相鄰面有一條公共邊。即每個頂點都必然為3個相鄰面共居,每條邊都必然為2個相鄰面共居。每個頂點有3條邊從該點出發(fā)。(2)拆開、疊起正方體的拆開是指正方體沿著邊剪開而使六個面由立體組合變?yōu)槠矫娼M合,從而形成一個由六個正方形組成的平面圖。疊起即將這個過程復(fù)原的操作。公務(wù)員考試中疊起的方向是從外向內(nèi)疊起,拆開的方式從外向內(nèi)平鋪(即立體視圖中的表面為外表面)。由于拆開是沿著邊剪開,并且保證六個面始終連接(而不是把六個面分別剪開,再隨意組合在一起的)
2、,所以不管如何拆疊,正方體還是那個正方體,所以,正方體的根本性質(zhì)不會改變,即:在立體圖和展開圖中相對面依舊是相對面,相鄰面依舊是相鄰面;每條邊所共居的兩個面不會改變;每個頂點共居的三個面不會改變;各面上圖案指向公共邊、公共頂點的方向,與公共邊、公共頂點的相對位置,與公共邊、公共頂點形成的角度,與其他面上圖案的關(guān)系不會改變;從每個頂點出發(fā)的三條邊不會改變。 由于正方體有多種拆疊方式,并且在拆開、疊起的過程有可能會發(fā)生旋轉(zhuǎn),所以有些表面現(xiàn)象可能會變化,即:立體圖的邊有可能被剪開成為2條邊,分開到2個正方形;頂點有可能被剪開分開到2個、3個正方形;面的左右、上下位置可能會改變;面上圖案的方向可能會改
3、變。但是這些變化是規(guī)律的改變,這就是做題的關(guān)鍵: 被剪開的邊必然分布在它原本的2個相鄰面上,在疊起的過程中重合; 被剪開的頂點必然分布在它原本的2個、3個相鄰面上,在疊起的過程中重合;(立方體的疊起就是一個點與點、線與線重合的過程)由于立方體、平面圖都可以旋轉(zhuǎn),所以上下、左右關(guān)系只是一種膚淺、錯誤的空間認知方式,但無論如何剪開、如何旋轉(zhuǎn),不可能改變的是面與面之間旋轉(zhuǎn)方向,即3個面,沿著面1、面2、面3劃箭頭的順時針、逆時針性質(zhì)不會改變。(兩個面很難判定是順逆時針,而在立方體的一個視圖中只能看見3個面)。面上圖案的旋轉(zhuǎn)是由于立方體的旋轉(zhuǎn)造成的,圖案本身不可能旋轉(zhuǎn),面也不可能單獨旋轉(zhuǎn),所以圖案和公
4、共頂點、公共邊的關(guān)系,圖案和其他面上圖案的關(guān)系都不可能改變。(這要在首先復(fù)原公共頂點、公共邊,或確定其他面的前提下來應(yīng)用)(3)視圖(考試所用) 一個立體視圖可以看到正方形的3個面,包含上頂面、左側(cè)面、右側(cè)面。例如:1、任意三個非相對面都可以構(gòu)成1個視圖; 2、A、B、C面內(nèi)不能有相對面; 3、A、B、C面共享1個公共頂點;4、沿著A、B、C三個面畫箭頭的順、逆時針性質(zhì)與平面圖一致(具體應(yīng)用下面說明);5、從4可以推出,3個確定的面只能構(gòu)成3種視圖,例如:(圖中A-B-C的順序都是逆時針。從A、B面考慮,它們在視圖中的分布方式可以有C(3,1)*C(2,1)=6種方式,但是另外三種方式不可能和
5、C面組成,只能和C面的相對面組成)6、從三個面組成的一個視圖可以旋轉(zhuǎn)得到另外兩個視圖(正方體是唯一且確定的,三個視圖是旋轉(zhuǎn)形成的不同視覺效果)。7、正方體不可能有2個相同的視圖(一個視圖的全部信息應(yīng)包括視圖所包含的3個面、3個面在視圖中的位置、面上圖案的方向、視圖的1公共頂點、3條公共邊)。8、實際上,一個面就可以確定一個視圖(一個面的全部信息應(yīng)包括面、面在視圖中的位置、面上圖案的方向、面上的4個點(4條邊)的位置)。設(shè)A的對面為D,B的對面為E,C的對面?zhèn)€為F,則A可以和BC,BF,EC,EF分別組成3個視圖,計12個視圖。A在上頂面可以和BC,BF,CE,EF分別組成1個視圖,計4個視圖(
6、A在左側(cè)面、右側(cè)面相同)。A面上圖案的方向是否會改變要根據(jù)具體圖案來定。A面上的4個點(4條邊)的位置在每個視圖中都不同。9、根據(jù)以上規(guī)律,可以得出,在解題中,判斷一個視圖是否可以有平面圖得到的方法為(按照從易到難的邏輯順序排列):(1)三個面是否可能構(gòu)成視圖 三個面中不能有相對面;(2)三個面是否可以構(gòu)成指定視圖(面在視圖中的位置是否正確) 根據(jù)時針法,沿著三個面畫箭頭的順、逆時針性質(zhì)與平面圖一致。 (3)面上圖案的方向是否錯誤 面上圖案與公共頂點、公共邊的關(guān)系,面上圖案與和其他面上圖案的關(guān)系與平面圖一致(例如上例中,字母A的尖端始終指向AB面的公共邊,B的上頂點始終指向BC面的公共邊,C的
7、開口始終指向CA面的公共邊,A的尖端始終指向C的下端,C的開口始終指向B的上端,B的豎直線始終與A字母平行)。(4)點(邊)的位置是否正確由于點(邊)本身都長一樣,所以通過面上圖案和點(邊)的關(guān)系來判斷。 三個面的公共頂點的性質(zhì)在視圖和平面圖中應(yīng)該一致。 兩面之間的公共邊的性質(zhì)在視圖和平面圖中應(yīng)該一致。即:公共邊為黑邊的,仍為黑邊;公共頂點有m根對角線穿過的,仍有m根對角線。10、視圖中首先要確定的組成這個視圖的三個面,然后才是面上圖案的方向。在解題時,不要為擔心圖案的旋轉(zhuǎn)而牽絆住。二、解題策略總體思路為排除法,即找出選項中答案是否有不符合的部分。注意:下述方法按照解題從易到難的順序排列,同時
8、,解題時必須遵守的思路,即必須先判斷是否出現(xiàn)相對面,而后使用時針法來判斷位置是否正確,進而確定構(gòu)成視圖的三個面。在確定面之后,利用圖案之間,圖案和公共頂點、公共邊的關(guān)系來判斷圖案是否錯誤。而描點法可以用來確定公共邊、公共頂點的,從而來判斷圖案是否正確,也可以作為殺手锏單獨使用(通常用于線條類或者圖案多有重復(fù)的題目)。根據(jù)基礎(chǔ)知識-視圖-9的知識,按照以下方法來操作:(1)相對面排除法-判斷三個面是否可能構(gòu)成視圖 平面圖中的相對面變?yōu)橄噜徝?,則錯誤。 1、相對面的判斷方法以上4個平面圖中,陰影面在正方體中都是相對面。即:I型圖,即兩個面在同1列或同1行,中間隔1個面,則兩個面相對(如果中間隔2個
9、面,則為相鄰)。Z型圖,即兩個面之間相隔1列,且劃線可以構(gòu)成Z字型,則兩個面相對。注意:左圖中的兩個黑面不是相對面,因為Z字明顯一長一短,應(yīng)該如右圖所示。2、相鄰面的判斷方法平面圖中相鄰的面必然相鄰,有公共頂點的面必然相鄰;在同1列或同1行中間隔2個面的相鄰(它們的相對面在平面圖中相鄰的)。注意:立體圖中相鄰的面在平面圖中不一定相鄰,這是因為疊是一個重合的過程,而拆是一個剪開的過程??偨Y(jié)起來就是:相對必然不相鄰,平面相鄰立體必相鄰,立體相鄰需分析。(2)時針法-判斷三個面是否可以構(gòu)成該視圖沿著三個面畫箭頭,平面圖和立體圖的順、逆時針應(yīng)該一致。使用條件:1、三個面沒有相對面;2、平面圖中,三個面
10、應(yīng)該至少形成兩對面相鄰(有公共邊或者公共頂點)。3、不適用于面上圖案發(fā)生旋轉(zhuǎn)的題目(注意:這里的不適用是指使用時針法無法判斷圖形是否發(fā)生旋轉(zhuǎn),即無法真正實現(xiàn)解題,但并不是說時針法就無法參與解題。在圖形十分簡單或者圖案出現(xiàn)重復(fù)的題目中,使用時針法可以幫助確定構(gòu)成視圖的面,從而促進解題)。例題解析:利用相對面排除法,可以排除選項C,選項A中1-4-6的順序為逆時針,和平面圖中不相同,故排除。選項D中2-4-6的順序為逆時針,和平面圖中不相同,故排除。選項B中,1-3-4的順序為逆時針,和平面圖中相同,故選擇B。注意:如果三個面無法構(gòu)成條件2,則可以尋找其中一個面的相對面,它往往和另兩個面能夠構(gòu)成條
11、件2,而它和另兩個面畫箭頭的順、逆順序和原來的面相反。如果,相對面仍然無法構(gòu)成條件2,則可以選擇將較遠面翻轉(zhuǎn)到另兩個面旁邊,即將該面翻轉(zhuǎn)到自己的相對面的相對面(即平面圖中該面的相對面的其他相對面位置),前提是翻轉(zhuǎn)后的平面圖依舊能夠構(gòu)成立方體。(3) 圖案關(guān)系法-判斷面上的圖案是否正確 立體圖中,指定面上圖案與公共頂點、公共邊的關(guān)系,面上圖案與和其他面上圖案的關(guān)系與平面圖一致。例題解析:相對面排除法:平面圖中,1點面和4點面相對,故排除B。時針法:平面圖中,1點面-3點面-2點面為順時針,故1點面-3點面-6點面為逆時針,A項符合。4點面-5點面-6點面為逆時針,故1點面-5點面-6點面為順時針
12、,所以排除C。2點面-3點面-4點面為順時針,D項符合。圖案關(guān)系法:平面圖中,2點面、3點面、4點面相鄰,優(yōu)先判斷D項。發(fā)現(xiàn)平面圖中2點與2點面、3點面的公共邊平行,垂直于2點面、4點面的公共邊,而D中2點與2點面、3點面的公共邊垂直,平行于2點面、4點面的公共邊,故排除D,答案為A。(4) 標點法-判斷公共頂點、公共邊是否正確 立體圖中三個面的公共頂點,兩個面的公共邊的性質(zhì)應(yīng)該與平面圖中一致。 立方體的疊起就是一個點與點、邊與邊復(fù)合的過程。1個點攜帶有且只有3個面,1條邊攜帶有且只有2個面,相對面不能共享點、面。所以標點法,就是要將平面圖中的各個點、邊找到自己的“下家”。 1、平面圖會出現(xiàn)1
13、4個點,部分點攜帶3個面(L型的三個面的公共點),如圖中的N點,G點。部分點攜帶2個面,如圖中的C點、E點、F點、J點、M點、L點。部分點攜帶1個面,如圖中的A點、B點、D點、H點、I點、K點。2、 3面點即是它所攜帶的3個面的公共頂點,如N(1,2,3)、G(4,5,6)。3、2面點會和1面點重合,成了2個點原本分別攜帶的3個面的公共頂點。如A點和M點重合(1,3,4),B點和L點重合(1,4,5),C點和K點重合(1,2,5)D點和J點重合(2,5,6),E點和I點重合(2,3,6),F(xiàn)點和H點重合(3,4,6)。4、3個1面點重合,成了3個點原本分別攜帶的3個面的公共頂點(圖中未出現(xiàn)此種
14、情況)。5、隨著點的重合,邊也重合成為面的公共邊。如AN和MN重合成為1和3的公共邊,AB和ML重合成為1和4的公共邊,BC和LK重合成為1和5的公共邊,CD和KJ重合成為2和5的公共邊,DE和JI重合成為2和6的公共邊,EF和IH重合成為3和6的公共邊,F(xiàn)G和HG重合成為4和6的公共邊。(原本就攜帶兩個面的邊不變,CN(1,2),NE(2,3),MF(3,4),LG(4,5),GJ(5,6))。6、注意:邊是相互重合,而不能生出新的邊。如B、L重合,平面圖上通過B、L的邊有AB,BC,LG, ML,LK,共5條邊。AB和ML重合,成為1和4公共邊,BC和LK重合,成為1和5的公共邊,LG是4
15、,5的公共邊,即從B(L)點出發(fā)了3條邊,不存在LC(因為有了BC),不存在BG(因為有了LG),不存在BK(因為有了LK),不存在LA(因為有了BA)。根據(jù)以上的判斷,可以看出:選項A由3和1或4、5或6組成,但是3和5是相對面,排除5。1和6是相對面,排除。那么只有3、4、6。平面圖中,3-4-6為順時針,立體圖中符合。3-4-6的公共頂點為F(H),平面圖中3上的對角線沒有通過F點,而立體圖中通過了,所以為錯誤。(另一種思路:先確定右側(cè)面為3,根據(jù)前面判斷的點重合情況,確定公共頂點為A(M),可得出頂面為4,正面為1,由此得出A項不正確,如右上角圖。)選項B應(yīng)該有3和2、5或6組成,但是
16、3和5相對,所以應(yīng)該為3、2、6。3-2-1為順時針,所以3-2-6為逆時針,B符合。3、2、6公共頂點為E(I),平面圖中6上的斜線沒有通過I,所以B錯誤。(另一種思路:先確定頂面為3,根據(jù)前面判斷的點重情況,確定公共頂點為E(I),可得出正面為2(CDEN),右側(cè)面為6(HIJG),由此得出B項不正確。如左下角圖)選項C由2、5、6組成。根據(jù)時針法,4-5-6為順時針,所以2-5-6為逆時針,則判斷,左側(cè)面為5,右側(cè)面為6。2、5、6的公共頂點為D(J),平面圖中,5、6兩個面的斜線都沒有穿過J,C符合。5上的JK應(yīng)為直角三角形的一條邊(或者說J點在5上應(yīng)該為直角三角形的直角點),但是立體
17、圖中不符合,所以C錯誤。( 另一種思路:右側(cè)面和正面與平面圖形中的面和面對應(yīng),分析發(fā)現(xiàn)向外無法折出C項所示的方位。如左上角圖)選項D由3、4、6組成。平面圖中3-4-6為順時針,D符合。3-4-6的公共頂點為F(H),各點、各邊均正確,故選擇D。(右下角圖)公共頂點、公共邊的判斷方法:1、 從易到難法。平面圖中構(gòu)成L字型的三個面上原本相互垂直的兩條邊會重合,邊上的2個點會重合。即圖中的A點和M點、F點和H點重合,AN和MN重合成為1和3的公共邊,F(xiàn)G和HG重合成為4和6的公共邊。這些關(guān)系的確立為尋找公共邊、公共頂點打下基礎(chǔ)。2、 相互配合法。公共頂點必然在公共邊上,公共邊必然從公共頂點出發(fā)。1
18、個面必然和它的4個非相對面都有公共邊。1個面上的4條邊都要有另一個面來分享,4個點都要有另2個面來分享。2條邊重合則邊上的頂點分對重合。如A點和M點重合,則1,4的公共邊必然分別從A點、M點出發(fā),而AN(NM)已經(jīng)是1,3的公共邊,MF是3,4的公共邊,則1,4的公共邊必然是AB、ML,同時也推斷出B點和L點重合。3、 錯誤排除法。1個2面點和1個1面點重合。3個1面點重合。1個點已經(jīng)找個3個面,必然不再和別的點重合。1個邊已經(jīng)找到2個面,必然不再和別的點重合。知識補充:(1) 解題時要選擇特殊面來進行推理,如果所有面上都無特別的圖案來幫助判斷,可以選定一面,添上一個箭頭(或者在邊上畫箭頭),來人為加上一個圖案。前提是這個箭頭必須是唯一的,即在平面圖、立體圖中都可以確定的找到這個箭頭的起點。(2) 上述的方法,都可以應(yīng)用到非立方體的其他立體折疊中。即都遵循相對(或者不相鄰)必不相鄰,三個面畫箭頭順逆時針方向不變,圖案關(guān)系不改變等原則。描點法較為復(fù)雜,在多面體中難以應(yīng)用。在解題時要根據(jù)題目進行具體分析,雖不能直接硬搬立方體的規(guī)律,但是幾個基本原則的靈活運用可以有效促進解題。(3)正方體拆開可能情形 1、最長列為4個面,另2個面上下組合 (1) (2) (3) (4) (5) (6)2、5個面組成“三二相連”的基本圖形
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